Plant Physiol | 江苏省中国科学院植物研究所揭示苯丙氨酸代谢途径参与调控根际细菌诱导的植物抗性的新机制

苯丙氨酸代谢是植物产生多种次生代谢产物（包括苯丙烷类化合物）的重要途径。苯丙烷代谢作为最重要的植物次生代谢途径之一，为下游不同分支提供前体。其中，木质素途径与类黄酮途径是苯丙烷代谢下游最主要的两个分支，前者主要积累在维管束植物的次生细胞壁中，而后者能够催化产生异黄酮、类黄酮、香豆素、儿茶素等抗菌物质。诱导抗性是指有益微生物直接作用于植物本身诱导其产生防卫反应，间接抑制病原菌的侵染。然而，关于苯丙氨酸代谢能否参与或调节有益微生物诱导的抗性，目前仍了解甚少。

近日，江苏省中国科学院植物研究所（南京中山植物园）的科研人员在Plant Physiology杂志发表了题为“Phenylalanine metabolism-dependent lignification confers rhizobacterium-induced plant resistance”的研究论文，揭示了一组隐藏在植物苯丙氨酸代谢途径中的免疫组件，以及根际细菌诱导植物抗性背后的新机制。

在前期工作中，研究人员发现一株根际细菌JR48能够在拟南芥上诱导植物对多种病原菌的抗性。该研究首先以辣椒为植物材料、辣椒疫霉为供试病原菌，证实了JR48能够在病原菌侵染阶段诱导抗性、增强水杨酸（SA）信号并增加木质素含量。随后利用转录组测序分析，发现JR48在病原菌侵染阶段激活了苯丙烷代谢途径中多个辣椒过氧化物酶基因的表达。进一步，通过基因瞬时表达、稳定表达及基因沉默等技术，明确了这些过氧化物酶基因正调控木质化介导的植物抗性，而苯丙烷途径则位于水杨酸信号下游参与JR48诱导的抗性。最后，利用代谢组检测分析，发现JR48能够产生苯丙酮酸以增强植物苯丙氨酸的积累，进而增强苯丙氨酸代谢依赖的木质化和抗病性。

综上所述，一株根际促生细菌JR48通过产生苯丙酮酸为苯丙氨酸起始的木质素生物合成提供原料，并增强水杨酸信号以进一步激活过氧化物酶基因的表达，最终实现植物木质化程度和抗病性增强。这些发现为阐明植物调控有益微生物介导的诱导抗性提供了新见解，对深入理解有益微生物与植物的互作机制具有重要意义。

江苏省中科院植物研究所李琦副研究员为论文的第一作者，于金平正高级实验师为论文的通讯作者，论文的第一署名单位为江苏省中科院植物研究所（南京中山植物园）。南京农业大学窦道龙教授对该研究给予了帮助和支持。该研究得到了国家自然科学基金和江苏省碳达峰碳中和科技创新专项资金等项目的资助。

论文链接：

https://doi.org/10.1093/plphys/kiaf016